宇宙是“人为制(zhì)造”的？为(wèi)何(hé)会存(cún)在科学无法解释(shì)的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类为了寻找暗(àn)物质存(cún)在的证(zhèng)据，科(kē)学家(jiā)们在过(guò)去的几十年当中进行了超过50次的长期实验，但是却没有(yǒu)发现任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在(zài)1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理一(yī)书(shū)中，埃萨克(kè)牛顿发表了万有引(yǐn)力定(dìng)律，它揭(jiē)示了(le)宇宙(zhòu)中(zhōng)天(tiān)体运动的规(guī)律(lǜ)。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们发(fā)现某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定(dìng)律(lǜ)的时候，他们(men)就会知道(dào)，周(zhōu)围一(yī)定有(yǒu)未知的天(tiān)体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星(xīng)运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现了(le)海王星的存在。另外(wài)，哈雷(léi)彗星、冥王星的发现都是应用万有引力(lì)定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒(héng)星(xīng)系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升(shēng)到(dào)星系或者(zhě)是星团的尺(chǐ)度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士的物(wù)理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究和测量后发星系团的质量。这是一个由数千个星(xīng)系所(suǒ)组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起(qǐ)。测量星系团(tuán)的质量一般会使用到两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结果(guǒ)一致(zhì)，就可以(yǐ)确定其质量的(de)范围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的(de)数据是测量(liàng)各个(gè)星系(xì)的光度(dù)。

第二(èr)种(zhǒng)是动(dòng)力(lì)学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团(tuán)中的各个星系相对(duì)于星系(xì)团(tuán)的(de)运(yùn)动速(sù)度。当测量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵了(le)，“动(dòng)力学质量”竟然(rán)是“光(guāng)度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了(le)，或者(zhě)说这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所(suǒ)存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在(zài)测量(liàng)速度的(de)过程中，兹威基发现星系团中很多星系的(de)速度比理论上(shàng)要(yào)快得多，按照牛顿的(de)运动(dòng)学定律(lǜ)，仅(jǐn)靠这些可见星系的(de)质量所产(chǎn)生(shēng)的(de)引(yǐn)力是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该(gāi)被抛出星系团之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据(jù)此，兹(zī)维(wéi)基提(tí)出了这样部分不可见(jiàn)的暗质(zhì)，它(tā)不(bù)发散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质(zhì)量。只是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不(bù)屑一顾。

直(zhí)到40年之后，“暗物质”这个(gè)词才(cái)再一次出(chū)现(xiàn)。天文学家维拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座(zuò)星系中(zhōng)的(de)恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离(lí)中心越远的恒星在其轨道上的运行(xíng)速度就会越慢。但是他们观测的结(jié)果(guǒ)却让人感到(dào)不可思(sī)议。

随着与中心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几(jǐ)乎保持不变。可是根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如(rú)果(guǒ)没(méi)有足够大(dà)的质量来吸引它们，这(zhè)些外围的恒星早就(jiù)被甩到(dào)宇宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现象(xiàng)，科学家们(men)会使用一种相对标准的(de)方法来解释暗物质的(de)存在，这种方(fāng)法就是测量(liàng)星系当中(zhōng)气体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的结果，就认为是(shì)由暗物质的(de)力量进入(rù)其中。

于是科学家(jiā)们通过射(shè)电望远镜(jìng)测量(liàng)了(le)距离星系中心更(gèng)远(yuǎn)距离的氢(qīng)元素，发现(xiàn)它们的旋转速度(dù)并不符(fú)合牛顿的力学定(dìng)律。我(wǒ)们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳(yáng)系位于银河系的(de)第(dì)三悬(xuán)臂之(zhī)上，距(jù)离银河系中心2.6万光(guāng)年，根(gēn)据万有引力定律进行计算，太阳系的运(yùn)行速度(dù)应该是160千(qiān)米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千(qiān)米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度(dù)，那(nà)么产生以上(shàng)这种向心加速度的原因很(hěn)可能就是存在(zài)着一种(zhǒng)我们看不到的物质，是这(zhè)些暗物质(zhì)的(de)引(yǐn)力(lì)效应(yīng)将星系聚(jù)集(jí)在了一起。

也是(shì)从这时开始(shǐ)，越来越(yuè)多的研(yán)究人员开(kāi)始(shǐ)相(xiāng)信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物质(zhì)的(de)质(zhì)量占整(zhěng)个星(xīng)系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质并不是唯(wéi)一(yī)可以解释这个(gè)现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远(yuǎn)恒星(xīng)之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差(chà)异。另外，天文学家还发现了一个反常的(de)星系，叫做(zuò)Agc114905。这个(gè)星系距离地球(qiú)大(dà)约2.5亿光年，大小和(hé)银河系(xì)不(bù)多，但是星系当中存在的恒星数量(liàng)却只有银河系的(de)千分之一。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质，否则就会(huì)分崩离析。但是科学家(jiā)们使(shǐ)用最先进(jìn)的望远镜(jìng)对其进行了40个小时(shí)的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒(héng)星运动(dòng)是可以用(yòng)正(zhèng)常的物质和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥离了。奇(qí)怪的(de)是，它的附近没有(yǒu)任何星系存(cún)在(zài)。造成这(zhè)些(xiē)现(xiàn)象的(de)除了暗物质的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就(jiù)是人类对引力的理解还不(bù)够全面，引(yǐn)力很可(kě)能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工作方式是(shì)不同的，这意味着在行(xíng)星系尺度中的(de)天(tiān)体会(huì)沿(yán)着它们的轨道，按照(zhào)我(wǒ)们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系(xì)和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方式。对于在星系团(tuán)之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还引入了外(wài)部场(chǎng)效应(yīng)的概念(niàn)，指的是在数(shù)百万光(guāng)年的(de)规模上，巨(jù)大(dà)的质(zhì)量之间(jiān)会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙(méng)德理论成(chéng)立(lì)，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现(xiàn)在的物理定律进(jìn)行修正，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物质(zhì)假说理论(lùn)就(jiù)此(cǐ)终结。但(dàn)是在宇(yǔ)宙(zhòu)当中还(hái)有(yǒu)关于暗(àn)物质存在(zài)的其他(tā)的理论证据，这些理论(lùn)证(zhèng)据是蒙德理论所(suǒ)没法解释的(de)“引力透镜”。

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径向(xiàng)距离为37亿光年的子弹星(xīng)系团，由(yóu)两个(gè)碰撞(zhuàng)的星(xīng)系团(tuán)所组成，类似这样的(de)星团，它(tā)们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系的气体当中(zhōng)。当星团以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时候，星际气体的相互(hù)作用就会(huì)导致温度的急(jí)剧(jù)升高(gāo)，速度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分(fēn)的质量将位于所有这些气体所在的中间区域。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它的质量区域到(dào)底是(shì)不(bù)是(shì)集中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远(yuǎn)镜(jìng)传回了宇(yǔ)宙当中第一张(zhāng)全彩的高(gāo)清照片，在照片(piàn)中我们(men)可(kě)以明显地看(kàn)到很多(duō)星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的形变。其(qí)实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也(yě)不是韦伯望(wàng)远镜出了什么(me)问题(tí)，而是这(zhè)样极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的(de)天体遮挡(dǎng)，这个超(chāo)大质量的东西的引力，会使身后更遥(yáo)远星系的(de)光都发生了扭曲。这个现象就(jiù)是引力透镜效(xiào)应。这个巨(jù)大的天体可能是超大质量的黑(hēi)洞或(huò)者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人(rén)们(men)对子弹(dàn)星系团(tuán)观测的时(shí)候，发现(xiàn)它的大(dà)质量区域并不是在(zài)中间(jiān)，而是在(zài)两侧。所(suǒ)以(yǐ)最好的(de)解释(shì)方法就(jiù)是当星团(tuán)发生全(quán)部的(de)碰(pèng)撞时(shí)，可被观测到的质(zhì)量气体被卡(kǎ)在了中间，暗物质(zhì)则直接(jiē)通过了这个(gè)区域(yù)，并在两边形成了引力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的(de)引(yǐn)力透镜(jìng)研究也被(bèi)认为(wèi)是暗物质存(cún)在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除(chú)此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸(zhà)开(kāi)始，38万(wàn)年之后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通(tōng)无阻地穿越在(zài)宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿(yì)年之后，这些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红色的部分表示温度(dù)较高(gāo)的区域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家们通过对前景背景分离(lí)后的二值图像进(jìn)行(xíng)连通域(yù)提取和标记之后发(fā)现，如果宇宙当中没有暗物质，图(tú)形看(kàn)起来不应该是这样的，而随(suí)着暗物质(zhì)的(de)增加，一(yī)些峰值(zhí)的(de)幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐射的测量值，我(wǒ)们需要的(de)暗物质大约是普(pǔ)通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当(dāng)中恒(héng)星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的。这(zhè)就意(yì)味着。

用了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论(lùn)框架，就很好地解释了很多(duō)不同(tóng)的观测结(jié)果。而(ér)暗物(wù)质的本质就是宇宙当中存在着(zhe)某种类型的粒子，它(tā)们不参(cān)与(yǔ)任何其他的电(diàn)磁作(zuò)用，只通(tōng)过引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果(guǒ)能(néng)够找到这种粒子(zi)的(de)存在，就相(xiāng)当于(yú)找到了暗(àn)物质(zhì)存在的实际证据。这(zhè)种粒子(zi)到底是(shì)什么(me)？科学(xué)家(jiā)们已经提出了数十种的(de)假想目标，而要寻找这些不同的目标(biāo)粒子(zi)所需(xū)要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去的几十(shí)年(nián)当中，人(rén)类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物质相(xiāng)互作用的“暗物质(zhì)”，科学家们已(yǐ)经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任何实(shí)质性(xìng)的发(fā)现，除了一个地方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山(shān)，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球(qiú)上(shàng)最(zuì)大的地学实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有一个三层楼(lóu)高(gāo)的探测器(qì)，一直(zhí)致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期(qī)性震荡。

自1997年以(yǐ)来(lái)，这里(lǐ)的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可能是(shì)人类发现暗(àn)物质的第一(yī)个(gè)直(zhí)接证(zhèng)据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期性的(de)年度(dù)信(xìn)号呢？刚才(cái)我(wǒ)们讲(jiǎng)了太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度(dù)围绕着银(yín)河系进行移动，那(nà)么如(rú)果暗物质(zhì)存在宇(yǔ)宙当(dāng)中，这意味着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会(huì)产生(shēng)相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球又以30公(gōng)里/秒的(de)速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转。所以有半年(nián)的时间，地球围绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕(rào)银河系的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则与之相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达到完全一致，这(zhè)是理论上地球穿越(yuè)暗物质(zhì)流最(zuì)快的时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜，但是(shì)这并不影(yǐng)响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学(xué)家认为这可以用来(lái)解释，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所(suǒ)观测到的周期(qī)性信号。当(dāng)然(rán)也可能有(yǒu)其他的情况，造成这种年度周期信号的(de)差(chà)异也(yě)可能是温度、湿度、土壤(rǎng)中(zhōng)的水分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的数(shù)量也符合这个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实(shí)验室，这里的季节与之前的实验(yàn)室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的运动(dòng)特征和第一个实验室是一样的。

因此，如(rú)果(guǒ)在这里(lǐ)可以得到相同(tóng)的信(xìn)号(hào)，就(jiù)可以成(chéng)为暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以截至目(mù)前还(hái)无法提供(gōng)相(xiāng)应的(de)数(shù)据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这(zhè)台太空望远(yuǎn)镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它的(de)主(zhǔ)镜大小跟(gēn)哈勃(bó)望远镜相同(tóng)，但它(tā)的宽视场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈勃红外仪器的(de)100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼太(tài)空望远(yuǎn)镜(jìng)其中一个(gè)关键的用途就是探索暗(àn)物质背后的奥(ào)秘，对于探测(cè)的结果，我们只(zhǐ)能(néng)拭目以待了(le)。费(fèi)米(mǐ)实验室粒子天体物理中(zhōng)心的(de)科学家丹(dān)琥珀和贾森斯特(tè)芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可(kě)能拥有另一种神秘的(de)效应，这种暗物质(zhì)效(xiào)应，会(huì)支(zhī)持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重要因素。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物质会(huì)不(bù)会(huì)意味着人类(lèi)并不孤(gū)单呢？或(huò)许在宇(yǔ)宙当中某(mǒu)个(gè)角落(luò)的(de)行星(xīng)上，暗物质(zhì)正在通过这(zhè)样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前提是要先找到(dào)暗物质存在(zài)的实际证据。那(nà)么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到底存不存(cún)在(zài)呢(ne)？喜欢请点(diǎn)赞，你的支持是我更(gèng)新的(de)动力！

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